CC BY
32
ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ САХАРОЗЫ И ЕЕ ЗАМЕНИТЕЛЕЙ С ГЕЛЯМИ ПШЕНИЧНОЙ МУКИ И КРАХМАЛА
Т. Я. ПОЛИЩУК, А. Н. ДОРОХОВИЧ, В. В. ТУРОВ, Э. А. БАКАЙ
Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности
Институт химии поверхности АН ЖЙ<ЗР
Использование заменителей сахара для приготовления кондитерских изделий является одной из актуальных задач в технологии их производства [1]. Кондитерская промышленность СССР выпускает диабетические мучные изделия, в которых в качестве сахарозаменителей используются сорбит и ксилит [2], что существенно сказывается на качестве продукта. Это можно объяснить разным характером взаимодействия сахара и саха-роспиртов с биополимерами муки, что связано с гидратационными свойствами последних [3]. Однако способность к связыванию сахара и его заменителей мукой и ее компонентами до настоящего времени практически не исследовалось.
В настоящей работе процесс связывания сахара, сорбита и ксилита с пшеничной мукой и пшеничным крахмалом изучался по спектрам ПМР методом вымораживания жидкой фазы. Предварительно заваренный раствор муки (крахмала), в котором концентрация сухого вещества составляет 2 масс.%, охлаждают в датчике ЯМР спектрометра до температуры ниже 273 К и регистрируют сигнал ПМР протонов воды в спектрах высокого разрешения. При замерзании раствора сигнал от «объемной» воды, т. е. не принимающей участия во взаимодействии с .биополимерами муки, становится не ‘наблюдаемым в спектрах высокого разрешения, где остается лишь уширенный (около 30 Гц) сигнал от молекул связанной воды. Протоны молекул биополимеров не наблюдаются ввиду малой интенсивности и большой ширины их сигналов. Интенсивность сигнала /с ПМР определяется гидратацией биополимеров в растворе и колеблется в пределах 0,3—0,8 г/г [5]. Если в водный раствор биополимеров добавить сахарозу, сорбит или ксилит, то интенсивность сигнала от незамерзающей фазы будет изменяться.
Возможны два случая:
1. Растворенное вещество не взаимодействует с биополимерами. При этом интенсивность сигнала от незамерзающей фазы должна быть прямо пропорциональна концентрации растворенного вещества. Действительно, подавляющее большинство водорастворимых веществ при концентрациях, намного меньших эвтектических, не могут включаться в кристаллическую решетку льда в процессе замораживания. Тогда вода вымерзает в виде чистого льда, а растворенные вещества концентрируются в полостях, включенных в твердую матрицу льда. Концентрация незамерзшего раствора в таких полостях определяется, в первую очередь, температурой, молекулярной массой растворенного вещества и криоскопической постоянной воды.
2. Растворенное вещество взаимодействует с биополимерами. При образовании таких комплексов молекулы растворенного вещества должны вытеснять определенное количество молекул воды из гидратной оболочки биополимеров. Отметим, что толщина гидратной оболочки белковых и полисахаридных молекул в водных растворах
значительна — 1—3 молекулярных диаметра [ Так как удельная концентрация протонов в бо шинстве органических молекул значительно ме ше, чем в молекулах воды, то при их связыва! с биополимерами следует ожидать уменьше! интенсивности суммарного сигнала незамерзаюи фазы (десольватированная вода при этом вым зает). Величина эффекта тем выше, чем болы; число молекул растворенного вещества связыва ся с биополимерами. Таким образом, по изме нию интенсивности сигнала незамерзающей фг при варьировании концентрации растворена вещества можно судить о величине связывэе веществ с биополимерами при фиксироваш температуре (Т <273 К).
На рисунке (а — для пшеничной муки, б — д пшеничного крахмала) показаны графики завж мости относительного изменения интенсивное сигнала А///о незамерзающей фазы от объемн концентрации С добавок. Измерения проводила при Т =265 К. В качестве добавок использое лись сахароза (/), сорбит (2) и ксилит (3). В о( их случаях концентрация биополимеров одии кова — 2 масс.%.
Как следует из рисунка, графики зависимое Д///„ = [(С) для всех изученных систем предста ляют собой кривые с минимумом. При небольш концентрациях растворенных веществ (С <0,05 — 0,2 масс.%) имеет место уменьшение сигна, незамерзшей фазы с ростом С, а при больш концентрациях — прямо пропорциональная зав симость между величинами Д///о и С. Характ> полученных зависимостей можно объяснить те что при выбранной температуре часть молек растворенных веществ связывается с биополил рами коллоидных частиц муки и крахмала. П малых концентрациях равновесие сдвинуто в ст рону образования комплексов: растворенное е щество — биополимер. По мере роста концентр ции в растворе увеличивается число молекул, связанных с биополимерами. При замораживан раствора, как отмечалось выше, такие моле^ концентрируются в полостях, окруженных льдо что вызывает появление дополнительного кол чества незамерзшей воды. Этим объясняют'
частки роста интенсивности сигналов незамерз-(ей фазы при увеличении С на рис. 1. Мини-альные значения А///0т.п отражают способность астворенных веществ образовывать ассоциаты с оллоидйыми частицами биополимеров. Результаты змерений А///0тг„ совместно с концентрациями С астворенных веществ, при которых они достигну-ы, суммированы в таблице.
Таблица
[ ^^тема Растворенное 'і,, . ■■■■' С, маса.Ж и
вещество
1ука Сахароза 10 0,2
Сорбит 2 0,1
Ксилит 11 0,05
рахмал Сахароза 21 0,2
Сорбит 8 0,05
Ксилит 5 0,05
Сахароза и ксилит имеют одинаковую тенденцию связыванию с мукой, в то время как сорбит вза-модействует с ней значительно слабее. Мука яв-яется сложным биополимерным продуктом, кото-ый, наряду с полисахаридными веществами, эдержит значительное количество белковых сочинений, представленных в основном клейковиной, 'ля того, чтобы определить, какой из компонентов уки ответственен за взаимодействие с исследуемы-и веществами, нами были изучены коллоидные астворы пшеничного крахмала (изучить растворы чейковины не представляется возможным из-за езко выраженной гетерогенности образующихся гстем). Оказалось, что в случае замены муки рахмалом связывание сахарозы и сорбита возрастет, а ксилита падает (см. таблицу). Отсюда тедует, что сахароза и сорбит легче образуют гсоциаты с полисахаридными фрагментами кол-эидных частиц, а ксилит взаимодействует пре-мущественно с их белковыми составляющими. Результаты исследований позволяют объяснить екоторые закономерности, наблюдаемые при из-зтовлении кондитерских изделий, содержащих ахарозу и ее заменители. Известно, что присут-гвие сахарозы положительно сказывается на ка-;стве продукта и улучшает его способность к эанению. Введение в тесто ксилита вместо саха-эзы слабо влияет на свойства выпекаемых изде-ай. Замена же сахарозы сорбитом может повлечь 5 собой резкое ухудшение свойств продукта (раз-окание при хранении). Указанные особенности огут быть непосредственно связаны с интенсив-эстью взаимодействия сахарозы и ее заменителей биополимерами пшеничной муки.
Так, сахароза, эффективно связываясь с био-элимерами муки, вытесняет часть молекул гидрат-эй воды, причем ввиду неоднородности связанной эды по энергии взаимодействия с биополимерами 1] . происходит вытеснение в первую очередь олекул слабо связанной воды. Сорбит не имеет
такой эффективной связи с биополимерами муки, как сахароза, и при связывании не вытесняет воды из гидратной оболочки биополимеров, поэтому вода находится в более связанном состоянии. Этим, по-видимому, можно объяснить и отмеченное замедление массообменных процессов при выпечке диабетических изделий.
С другой стороны, как сахароза, так и сахаро-спирты, благодаря наличию большого числа гидроксильных групп, сами способны к гидратации и, находясь в не связанном с биополимерами состоянии, могут удерживать значительное количество молекул воды. В процессе хранения в замкнутом объеме может происходить перераспределение воды между молекулами углеводов и биополимеров. Если вода переносится на биополимерную основу, то происходит увлажнение изделий, что предохраняет их от процесса черствения. По-видимому, такая ситуация реализуется при добавлении в тесто сорбита, что согласуется со слабым взаимодействием сорбита с мукой. Тем не менее детальное изучение процессов, происходящих в хлебобулочных изделиях при их хранении, сопряжено с трудностью регистрации перемещения воды в сложной многокомпонентной системе.
Спектры ПМР снимались на спектрометре высокого разрешения иФ-100 ЗУ фирмы Вгикег (ФРГ), рабочая частота 100 мГц. Температура в датчике- поддерживалась постоянной с помощью термоприставки В-УТ 1000 с точностью +0,5 град. Точность определения интегралов была не хуже ±5%. Использовались стандартные реактивы, применяемые' в пищевой промышленности.
ВЫВОДЫ
1. Сахароза и ксилит имеют одинаковую тенденцию к связыванию с мукой, в то время как сорбит взаимодействует с мукой значительно слабее.
2. Сахароза и сорбит легче образуют ассоциаты с полисахаридными фрагментами муки коллоидных частиц, а ксилит взаимодействует преимущественно с их белковыми составляющими.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецова Л. С., Степанович Э. 3. Новые
виды изделий и композиций в кондитерской промышленности.— М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1981.— 36 с.
2. Технология кондитерских изделий / Под ред. Г. А. Мар-шалкина.— М.: Пищ. пром-сть, 1966.— 396 с.
3. Погорелый В. К., Туров В. В., Туров А. В., Барвинченко В. Н. Изучение взаимодействия сывороточного альбумина человека с диметилсульфоксидом по спектрам ПМР замороженных водных растворов// Теоретич. и эксперим. химия.— 1988.— № 6.
4. Вода и водные растворы при температурах ниже 0° С / Под ред. Ф. Франкс.— Киев: Наукова думка, 1985.— 388 с.
Кафедра технологии хлеба, кондитерских, макаронных изделий и пищеконцентратов
Поступила 31.07.1
